Ten protokół koncentruje się na ocenie wpływu stężenia kwasu solnego na czas jego reakcji z proszkowym magnezem oraz na następujące zmiany temperatury.
Dzięki temu eksperymentalnemu ustawieniu, uczniowie będą mieli okazję zgłębić zasady kinetyki chemicznej, termodynamiki i stechiometrii.
Cele edukacyjne
- Kinetyka chemiczna: Zrozumienie wpływu stężenia kwasu solnego na szybkość jego reakcji z magnezem, co pozwoli na lepsze poznanie szybkości reakcji.
- Termodynamika: Obserwuj i rejestruj zmiany temperatury podczas reakcji, aby określić jej charakter egzo- lub endotermiczny, co pozwoli lepiej zrozumieć zmiany energii w procesach chemicznych.
- Umiejętności eksperymentalne Rozwiń precyzję w odmierzaniu cieczy i ciał stałych oraz.
- Analiza i interpretacja: Naucz się analizować dane czasowe i termiczne, aby zrozumieć wpływ stężenia reagentów na reakcję, rozwijając umiejętności analityczne i interpretacyjne w chemii.
Badając wpływ stężenia kwasu solnego na jego reakcję z magnezem, to doświadczenie dostarcza cennych spostrzeżeń na temat dynamiki reakcji chemicznych.
Studenci nie tylko na własne oczy zaobserwują wpływ stężenia reagentów na szybkość reakcji i zmiany temperatury, ale także zastosują te obserwacje do zrozumienia wzajemnych powiązań między kinetyką a termodynamiką chemiczną. Umiejętności i wiedza zdobyte podczas tych zajęć laboratoryjnych są fundamentalne dla projektowania procesów chemicznych i dla głębszego zrozumienia reakcji chemicznych, przygotowując studentów do zaawansowanych studiów i badań w dziedzinie chemii.
Protokół
Część 1: reakcja z 1M HCl
- Odm.
- Przelej zawartość cylindra miarowego do kalorymetru.
- Zanurz końcówkę cyfrowego termometru w płynie, aby zmierzyć jego temperaturę.
- Początkowa temperatura wody pojawi się w tabeli wyników.
- Odważyć około 0,4 g proszku magnezu (Mg).
- Wsyp zawartość łódki wagowej do kalorymetru.
- Załóż pokrywę kalorymetru.
- Włóż cyfrowy termometr do pokrywy kalorymetru.
- Uruchom stoper.
- Aktywuj zielony przycisk mieszadła na pokrywie kalorymetru.
- Wykres temperatury w funkcji czasu znajduje się na tablecie (zakładka wykres).
- Zanotuj końcową temperaturę po zakończeniu reakcji (w przybliżeniu po 1 minucie).
- Zatrzymaj stoper.
- Wyniki znajdują się w zakładce wyniki na tablecie.
- Zatrzymaj agitator, naciskając czerwony przycisk.
- Wyjmij termometr z pokrywy kalorymetru.
- Zdejmij pokrywę kalorymetru.
- Opróżnij zawartość kalorymetru do zbiornika odzyskowego.
- Przepłucz kalorymetr wodą destylowaną i wylej jego zawartość do zbiornika odzyskowego.
- Przepłucz cylinder miarowy wodą destylowaną i opróżnij jego zawartość do zbiornika odzyskowego.
- Zresetuj stoper.
Część 2: reakcja z 2M HCl
- Powtórz powyższe kroki od 1 do 19, używając kwasu solnego (HCl) 2M.
- Zanotuj czas potrzebny do zakończenia reakcji, określony przez stabilizację temperatury. Porównaj z reakcją z części 1 przeprowadzoną z 1M kwasem solnym (HCl).
Uwaga: reakcja jest przyspieszona 10-krotnie, aby łatwiej zaobserwować jej całkowity przebieg.
Przewidywane wyniki
Część 1
- 0,42 g proszku Mg(s) wyprodukuje 440 kJ/mol Mg.
- W HCl 1 M, wzrost temperatury wyniesie 17℃, w około 50 sekund.
Część 2
- W HCl 2 M wzrost temperatury wyniesie 17℃, w około 22 sekundy.
Podsumowanie zadania według zakresu ocen
Klasy 3-5 (wiek 8-10 lat)
- SkupieniePodstawowe wprowadzenie do szybkości reakcji, zmian temperatury i wpływu stężenia.
- Aktywności: Obserwacja reakcji sproszkowanego magnezu z kwasem solnym o różnych stężeniach, odnotowanie prostych różnic w szybkości reakcji i zmianach temperatury, podstawowe instrukcje bezpieczeństwa.
Klasy 6-8 (wiek 11-13 lat)
- Skupienie: Zrozumienie podstawowe kinetyki reakcji, termodynamiki i wpływu stężenia.
- AktywnościPrzeprowadzanie reakcji z proszkowym magnezem i różnymi stężeniami kwasu solnego, mierzenie zmian temperatury, obserwowanie wpływu stężenia na szybkość reakcji i temperaturę, przestrzeganie szczegółowych protokołów bezpieczeństwa.
Klasy 9-12 (Wiek 14-18 lat)
- SkupienieZaawansowana znajomość kinetyki chemicznej, termodynamiki i analizy danych.
- AktywnościDokładne przeprowadzanie reakcji z proszkowym magnezem i różnymi stężeniami kwasu solnego, mierzenie i zapisywanie zmian temperatury oraz czasu reakcji, analiza wpływu stężenia reagentów na szybkość reakcji i zmiany termiczne, szczegółowe dokumentowanie i interpretacja wyników, przestrzeganie zaawansowanych protokołów bezpieczeństwa, utrwalenie koncepcji kinetyki chemicznej, termodynamiki i stechiometrii.
Podstawowe wyposażenie laboratorium
Instrumenty
- Zlewka (1000ml)
- Kalorymetr
- Waga elektroniczna
- Cylindry miarowe (70 ml i 250 ml)
- Szpatułki
- Termometry
- Minutnik
- Pęseta
Produkty
- HCl 2 M (roztwór)
- HCl 1 M (roztwór)
- Magnez (proszek)